KAUKOLÄMPÖVERKON LÄMPÖHÄVIÖT PUTKIJATKOKSISSA

Transkriptio

1 LAPPEENRANNAN TEKNILLINEN YLIOPISTO Teknllnen tedekunta Ypärstöteknkan koulutusohjela BH0A0300 Ypärstöteknkan kanddaatntyö ja senaar KAUKOLÄMPÖVERKON LÄMPÖHÄVIÖT PUTKIJATKOKSISSA Heat losses of ppe jonts n dstrct heatn network Työn tarkastaja: Työn ohjaaja: Professor Rsto Soukka I Mka Luoranen Lappeenrannassa Markus Nuranen

2 SISÄLLYSLUETTELO SYMBOLILUETTELO... 3 JOHANTO... 4 LÄMPÖHÄVIÖT KAUKOLÄMPÖVERKOSSA LÄMPÖHÄVIÖIHIN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT Erstepaksuus Ersteateraal ja suojakuor Maaperän läönjohtavuus Läpöhävöden äärttänen Läpövastusten laskentayhtälötä..... Maaperän läpövastus Maaperän läpötlajakaua KIINNIVAAHOTETTU JOHTO Yksputkjohto MpuK Kaksputkjohto MpuK KIINNIVAAHOTETTUJEN KAUKOLÄMPÖJOHTOJEN LIITOSTEN ASENNUS Ltoskohten esvalstelut Asennuksen työjärjestys Kutsteltokset ja kutstettavat holkkltokset Ltosten tarkastukset Ltosten erstänen Erstysten tarkastukset... 5 ASE N500: RUNKOLINJAN JATKOSTEN LÄMPÖHÄVIÖT Läpökaerakuvaukset Tehdasvalstesen putken läpöhävöt... 6

3 5.3 Jatkosten läpöhävöt Tulokset YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET... 3 LÄHELUETTELO... 34

4 3 SYMBOLILUETTELO λ läönjohtavuus [ K ] Φ läpöhävö [ ] Φ ' läpöhävövrta [ ] K läönläpäsyluku [ K ] T läpötla [ K ] R läpövastus [ K ] Alandekst º läpötla kä konv kost p tot aaperä erste/vappa kä konvektovrtauksen aheuttaa lsäys kosteus eno paluu kokonas- Johtojen nlyhenteet kaks erllstä johtoa k putket knn ersteessä M polyeteenuovnen ulkokuor pu polyuretaanvaahto läpöersteenä

5 4 JOHANTO Läönjakelukustannukssta verkon läpöhävöden kustannukset ovat suurn käyttökustannuserä. Läpöhävöt ovat suurssa kaukoläpöverkossa suuruusluokkaa 4-0 %, kun putkkoot ovat keskäärn halkasjaltaan kokoa N 50. Läpöhävöt koostuvat usen onen er tekjän suasta. Yks nästä tekjöstä on erstystyön ahdollnen hekko laatu. Erstystyön laatua tarkkalealla vodaan jatkosten erstysten laatua parantaa, nkä kautta verkoston läpöhävöden kustannuksa on ahdollsta penentää. Tässä työssä tutktaan Lappeenrannan kaukoläpöverkoston uuden valstella olevan runkolnjan yksputkjohdon läpöhävötä ltos- el jatkoskohdssa. Jatkoskohten läpöhävötä vodaan täten vertalla tehdasvalstesen putken läpöhävöhn, jollon saadaan selvlle onko erstystyön laatu hyvällä tasolla. Tätä kanddaatntyötä vodaan hyödyntää kään kun laaduntarkkalun välneenä. Läpöhävöden vertalu jatkoskohten ja tehdasvalstesessa putkessa saadaan tehtyä kuvaaalla jatkoskohta läpökaeralla. Otettujen läpökaerakuven perusteella vodaan selvttää suojakuoren pntaläpötlat, joden avulla taas läpöhävöt saadaan äärteltyä ja laskettua erlasten läönsrto yhtälöden avulla.

6 5 LÄMPÖHÄVIÖT KAUKOLÄM PÖVERKOSSA Läpöhävöt ovat penssä kaukoläpöverkossa suuruusluokkaa 0-0 %, kun putkkoot ovat keskäärn N 50, ja suurssa verkossa 4-0 % putkkokojen ollessa keskäärn N 50. Suureat suhteellset hävöt penessä verkossa johtuvat suureasta vappapnta-alasta suhteessa srtokykyyn. (Enerateollsuus ry 006, 03.) Kaukoläpöjohdossa läpö srtyy johdosta aaperään ja stä edelleen aaperän kautta ypärstöön. Läön johtunen on suoraan verrannollnen putken ssällä vrtaavan veden ja ypärstön läpötlaeroon. Menoputken läpötla on korkeap kun paluuputken läpötla, joten kakk läpö e srry ypärstöön vaan osa srtyy aaperän vältyksellä enoputkesta paluuputkeen. Paluuputkeen srtyvä läpö e päädy suoraan hävöks, vaan palaa läöntuotantolatokselle hyödynnettäväks. (Enerateollsuus ry 006, 03.) Ersteateraalna kaukoläpöjohdossa käytetään nykysn suuraks osn polyuretaana. Vanhossa betonkanavajohdossa käytettn ylesest neraalvllaa. Erstyksen läönjohtavuus saadaan laskealla yhteen er tekjöden (käyttöläpötla, kosteus, tlavuuspano ja erstyksen kä) aheuttaat läönjohtavuudet λ = λ + λ + λ + λ () 60 kä kost konv λ 60 = uuden ersteen keskääränen läönjohtavuus 60 º läpötlassa λ kä = ersteen käyttöän aheuttaa läönjohtavuuden uuttunen λ kost λ konv = kosteuden aheuttaa uutos =erstyksen raossa, sauossa ja ontelossa esntyven halltseattoen konvektovrtausten aheuttaa lsäys (lenee lähnnä vllaerstessä)

7 6. LÄMPÖHÄVIÖIHIN VAIKUTTAVAT TEKIJÄT Läön jakelukustannukssta verkon läpöhävöden kustannukset ovat suurn käyttökustannuserä. Verkon läpöhävöt koostuvat usen onen er tekjän suasta. Hävöhn vakuttavat. verkon lan korkea käyttöläpötla, erstepaksuus, aaperän läönjohtavuus ja erstystyön hekko laatu (Enerateollsuus ry 006, 09). Seuraavaks kästelläänkn tarken erstepaksuuden, ersteateraaln ja aaperän läönjohtavuuden vakutuksa läpöhävöden uodostuseen... Erstepaksuus Ehdottoast suurn läpöhävöhn vakuttava tekjä on putken ypärllä oleva erstekerros. Eserkks Enerateollsuus ry:n suostuksen ukaan kaukoläpöputkeleentn polyuretaanerste aheuttaa yl 80 % vrtausputken ja ypärstön välsestä läpövastuksesta (Enerateollsuus ry 006, 4). Erstekerroksen kasvattanen penentää läpöhävötä, utta erstepaksuuden lsäänen on kannattavaa van tettyyn psteeseen ast. Erstepaksuudelle on laskettavssa taloudellnen optarvo. Tässä työssä kästeltävän N 500 kaukoläpölnjan polyuretaanersteen paksuuden tulee olla 94 (Löstör Fnland Oy 008, 33)... Ersteateraal ja suojakuor Ersteateraalna käytetään polyuretaansoluuova, joka on ernoanen ersteateraal. Stä valstetaan sekottaalla lsäaneta ssältävä polyolseos sosyanaatn kanssa. Tunnusoasta PU- ersteelle on sen hyvä läönerstävyys, lujuus, uodon pysyvyys ja keveys. Kuten alla olevasta kuvasta nähdään, sen ternen kestävyys rttää anost kaukoläpökäyttöön, koska läönjohtavuus e kasva kovnkaan paljoa läpötlan noustessa enoputken aksläpötlaan 0 º.

8 7 Kuva. Läpötlan vakutus ersteateraaln läönjohtavuuteen. (Löstör Fnland Oy 008, 33) Polyuretaann hyvä läönerstyskyky perustuu upsolurakenteeseen ja solujen ssältäään kaasuun. Jos polyuretaanerstettä e suojattas, la pyrks dffuuson vakutuksesta soluhn ja vastaavast solukaasu ulos. Polyuretaann erstyskyky hekkenee htaast, koska solukaasun läönjohtavuus on van kolasosa lan läönjohtavuudesta. Nän ollen ulkonen usta polyeteensuojakuor antaa ekaansen kestävyyden lsäks ernoasen suojan dffuusota vastaan. (Enerateollsuus ry 006, 44.) Suojakuoret ovat putkeleentn valstusenetelästä rppuen joko valta polyeteenputka ta erstyksen päälle valettava suojakuora. Suojakuoren pnnossa e saa esntyä uurteta ja uta pntavrhetä, jotka vovat hekentää putken tonnallsa onasuuksa. Suojaputket ovat yleensä ns. corona- kästtelyllä karhennettu ssäpnnaltaan ersteen tarttuvuuden parantaseks. (Löstör Fnland Oy 008, 34.) Polyuretaann laatua valvotaan. solukokoa, ntheyttä, purstuslujuutta sekä veden eytysonasuuksa seuraaalla. Valn eleentn läönjohtavuuden täytyy olla penep kun 0,033 /, K. Nykysllä syklopentaana pasutusaneena käyttävllä uretaanella eleentten läönjohtavuus on non 0,06-0,09 /K. (Enerateollsuus ry 006, 40.) Polyuretaanersteen läönjohtavuus on penllään theydessä 40 k/ 3. Kaukoläpöeleentessä ersteen ntheys on 60 k/ 3, koska tällön taataan ersteen rttävä ekaannen kestävyys. Knnvaahdotetun johdon tonnan kannalta tärkeä onasuus on polyuretaann rttävä lekkauslujuus uretaann ja suorakuoren sekä uretaann ja vrtausputken välllä. (Löstör Fnland Oy 008, 34.)

9 8..3 Maaperän läönjohtavuus Maanperän läönjohtavuus rppuu voakkaast aaperän koostuuksesta, theydestä ja kosteusptosuudesta. Lukuarvo vahtelee tyypllsn välllä 0,7,5 /º (Löstör Fnland Oy 008, 34). Jos putkston pettosyvyyttä kasvatetaan, penenevät läpöhävöt. Kuvasta saadaan kyseset aan läönjohtavuudet äärteltyä aaperän laadun ja kosteuden ukaan. Kuva. Maan läönjohtavuuden vahtelu er aalajettan. (Enerateollsuus ry 006, 03). Läpöhävöden äärttänen Maanssästen putkstojen läpöhävöden laskeseks on kehtetty useta enetelä. Hävöden tarkkaa laskentaa varten on huootava lukusa er tekjötä ja tunnettava nden rppuvuus tosstaan, joten tarkka laskenta onnstuu van tetokoneen avulla. Rttävällä tarkkuudella hävötä vodaan arvoda van ptkällä akavälllä (yl kk), jollon vodaan soveltaa läönsrron statonäärtlan el ajasta rppuattoan tlan yhtälötä. Hetkttästen hävötehojen laskenen saattaa johtaa vrheellsn tuloksn. (Löstör Fnland Oy 008, 33.) Tarkastellaan läpöhävön äärttästä er koponentten pohjalta kuvan 3 ukasest. Osakuvan A ukasest lasketaan enoputken ja paluuputken läpöhävöt yhtälöstä:

10 9 ' Φ = K T T ) K ( T T ) () ( p ' Φ = K T T ) K ( T T ) (3) p p ( p p Kun putket ovat syetrsest ( K = Kp = K ja K = K p = K ), saadaan kokonasläpöhävöks Φ 'tot = Φ ' + Φ ' p T + Tp = ( K K ) T (4) T = enoläpötla T p = paluuläpötla T = häröttöän aaperän läpötla upotussyvyydellä K ja K ovat läönläpäsylukuja, jotka äärtellään yhtälöllä 7 ja 8. Osakuvan B (kuva 3) ukaan yhtälöt vodaan krjottaa yös seuraavast ' Φ = K K )( T T ) + K ( T T ) (5) ( p ' Φ = K K )( T T ) K ( T T ) (6) p ( p p Yllä olevsta yhtälöstä 5 ja 6 huoataan, että enoputken läpöhävö koostuu läpövrrasta enoputkesta aaperään sekä läpövrrasta enoputkesta paluuputkeen. Läönläpäsyluku K lttyy ss enoputken ja paluuputken välseen läönsrtoon.

11 0 Kuva 3. Maahan upotettujen kaukoläpöputken läpöhävöden äärttänen. (Enerateollsuus ry 006, 04) Putken ollessa syetrsest saadaan läönsrtokertoet K ja K yhtälöllä 7 ja 8 K R + R = (7) ( R + R ) R R ja K = (8) ( R + R ) R R = aaperän läpövastus/ptuus, ssältää läpövastuksen kanavan pnnalla R = ersteen ja vapan läpövastus/ptuus R = putken kesknäsen vakutuksen huoova läpövastus/ptuus Putken kesknäsen vakutuksen huoova läpövastus saadaan laskettua

12 R = 4πλ H ln + E (9) E = putken keskkohten välnen etäsyys λ = aaperän läönsrtokerron H = korjattu putken sjantsyvyys Kokonasläönsrtyskerron saadaan ottaalla huooon aaperän, ersteen ja vapan sekä putken kesknäsen vakutuksen huoovan läpövastuksen K K = (0) R + R + R.. Läpövastusten laskentayhtälötä Erstäättöän putken tapauksessa aaperän läpövastus lasketaan yhtälöstä R H H = ln + πλ c c () c = = ersteen ulkohalkasja () (knnvaahdotetun johdon tapaus) Jos putket ovat betonkanavassa, jonka ssällä on latla, lsätään betonn pnnan läpövastus R h aaperän läpövastukseen. Maanpnnan läpövastus uutetaan tavallsest ekvvalenttseks aakerrokseks, jollon korjattu putken sjantsyvyys saadaan yhtälöstä λ ' H = H + () λ s

13 h s = läönsrtokerron aanpnnalla (yleensä - 5 /(,º)) λ = aaperän läönjohtavuus (/( º) H = putken todellnen sjantsyvyys () Veden ja putken rajapnnan sekä putken senään läpövastukset jätetään huooatta. Erstettyjen putken ersteen ja vapan läpövastus lasketaan seuraavast c R = ln + ln + πλ p πλc R h (3) p = ersteen ssähalkasja = putken ulkohalkasja () R h = läpövastus ersteen pnnalla betonkanavassa, jossa on latla. (Knnvaahdotetun putken tapauksessa arvo on 0) Kuva 4. Knnvaahdotettujen johtojen läpövastukset. (Enerateollsuus ry 006, 07)

14 3.. Maaperän läpövastus Tavallsest kaukoläpöputket ovat aahan upotettuja erstettyjä putka. Erstetylle putklle aaperän läpövastus vodaan yleensä äärttää rttävän tarkast yhtälöllä = c 4 ln H R π (4) Jos aaperän läpövastus halutaan laskea tarken, vodaan käyttää onutkasepaa yhtälöä ( ) = c c c c c ln E E H H E H R β β πλ (5) = p ln λ λ β (6) Yhtälöä 4 käytettäessä vrhe on alle 3 % ja yhtälöä 5 käytettäessä alle 0,5 %. Laskettaessa läpöhävötä ulle kun pyörelle kaukoläpökanavlle uotoa approksodaan. Eserkks suorakulanen kanava vodaan redusoda vastaavanlaseks pyöreäks putkeks...3 Maaperän läpötlajakaua Maaperän läpötlakenttä vodaan äärttä seuraavalla yhtälöllä, joka perustuu vvalähde teoraan: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ' p ' ln ),,, y x E y H x E y x y H x y T y x T y x T = = πλ φ πλ φ (7)

15 4 Yllä olevassa yhtälössä 7 H on korjattu putken sjantsyvyys, joka huoo aan läönjohtavuuden sekä läönsrtokertoen aan pnnalla. H äärtetään yhtälöllä. Seuraavassa kuvassa 5 on estetty superpostoperaate. Kahden vvaläönlähteen, el kahden kaukoläpöputken, aheuttaa läpötlakenttä aaperään saadaan vähentäällä härntyättöän aaperän läpötlakenttä (, y) ) T todellsesta aaperän läpötlakentästä T ( x, y). Kuva 5. Läpötlakenttä aaperässä. Kahden vvaläönlähteen ja laston yhtesvakutus. (Enerateollsuus ry 006, 08) Yhtälön 4 paraetrt saadaan äärteltyä eserkks ttaustulosten perusteella. Maanpnnan läpötlat ovat voakkaast rppuva läönsrtokertoesta kun taas läönjohtavuuden vakutus on vähäsep. Maanpnnan alapuolella läönsrtokertoen vakutus penenee ja aaperän läönjohtavuuden vakutus kasvaa erkttäväst. 3 KIINNIVAAHOTET TU JOHTO Knnvaahdotetussa kaukoläpöjohdossa (MpuK, MpuK) on polyuretaanersteellä ltetty knteäst yhteen vrtausputk ja polyeteensuojakuor. Vrtausputkna käytetään htsattuja ta sauattoa teräsputka. Joustavssa johdossa vodaan käyttää vrtausputkena yös kuparputkea ta ohutsenästä korruotua (aallotettua ta poutettua) teräsputkea. Knnvaahdotettu suojakuor otettn Suoessa käyttöön 970-luvun puolväls-

16 5 sä ja se syrjäytt nopeast uut käytössä olleet johtotyypt. Lähestulkoon kakk 980- luvun puolväln jälkeen rakennetut kaukoläpöjohdot ovat rakennettu tällä johtotyypllä. (Enerateollsuus ry 006, 38.) Knnvaahdotetulla johdolla on ona hyvä puola. Johtoa on helppo kästellä, koska vrtausputk, kova polyuretaanerste ja suojaputk uodostavat yhdessä kopaktn paketn. Johtotyypp e ole herkkä aanpnnan panuselle, vaan sen tonta pysyy noraalna aan panusesta aheutuvsta ulkossta vosta huolatta. Ulkosen tekjän aheuttaessa suojakuoren ta ersteen rkkoutusen vrtausputken korroosouhka rajottuu van rkkoontuskohtaan. Kaukoläpölnjastojen rakentanen knnvaahdotetulla johdolla on helppoa, koska knnvaahdotettuun johtotyyppn kuuluu täydellnen osavalkoa ltostarvkkeneen ja er valstajen eleentt ovat yhteensopva. Lsäks eleentten valstusta on helppo valvoa, jollon laatukn pysyy tasasena. (Enerateollsuus ry 006, 38.) 3. Yksputkjohto MpuK Yksjohtoputkessa on erllset eno- ja paluujohto, jossa vrtausputk ja polyeteensuojakuor on polyuretaanersteellä ltetty knteäst yhteen. Yksputkjohtoa valstetaan yleensä kokoluokssa N 0- N 600, utta tarvttaessa N 00 ast. Putken ptuus on kokoluokasta rppuen 6,, 6 ta 8 (Enerateollsuus ry 006, 39). Tässä työssä kästellään N 500 johtoa, jotka putket ovat 6 eträ ptkä. Alla olevassa kuvassa 6 nähdään knnvaahdotetun yksputksen johdon lekkauskuva. Kuvasta nähdään yös rakennusvaheessa täytössä käytettäven aa-aneden laadut ja nden paksuudet ja sekä putken sjant tosnsa.

17 6 Kuva 6. Lekkauskuva knnvaahdotetusta yksputkjohdosta sekä pettotyön vaatat aalajen kerrospaksuudet. (Enerateollsuus ry 006, 39) 3. Kaksputkjohto MpuK Kaksputkjohdossa on sekä paluu- että enopuolen vrtausputket ja yhtenen polyeteensuojaputk ltetty knteäst yhteen polyuretaanersteellä. Kuvasta 7 nähdään, että putket ovat sjotettu polyuretaanersteeseen päällekkän. Rakennusvaheessa putk pyrtään asentaaan sten, että enoputk tulee paluuputken alapuolelle. Tällön enoputk lättää paluuputkea, joten läpöhävöt saadaan peneks. Kaksputkjohtoa valstetaan yleensä kokoluokssa N x0- N x00. Putken ptuus on luokasta rppuen 6 ta. Yksputkjohtoon verrattuna putken kokoluokat ovat kaksputkjohdossa penepä. Materaala tarvtaan kaksputkjohdon valstaseen väheän, ja jatkoksakaan e tarvtse tehdä kun puolet yksputkjohtojatkosten lukuäärästä. (Enerateollsuus ry 006, 39.)

18 7 Kuva 7. Lekkauskuva knnvaahdotetusta kaksputkjohdosta sekä pettotyön vaatat aalajen kerrospaksuudet. (Enerateollsuus ry 006, 40) 4 KIINNIVAAHOTETTUJEN KAUKOLÄMPÖJOHTOJEN LIITOSTEN ASENNUS Laadukkaden työsuortusten varstaseks suostellaan, että ltostyöt sekä suojaputksauausten että erstystöden osalta annetaan van Suoen Kaukoläpö ry:n läönjakelutokunnan ta Muovteollsuus ry:n laadunvarstusjärjestelän ukaset asennusokeudet oaavlle urakotsjolle. Pätevyys ltostyön suorttaseen vodaan osottaa e. laadunvarstusjärjestelän ukasella voassaolevalla ltostyötodstuksella. Lsäks jokasella ltostötä suorttavalla asentajalla tulee olla tultyökortt. Jokasen ltoserstyksen ja suojakuorsauauksen asentajat tulee dokuentoda ja on yös suosteltavaa, että työaalla asentaja erktsee jokaseen ltokseen tekjän tunnstaseks puuerkknsä ja asennuspävääärän. (Suoen kaukoläpö ry 003, 4.) 4. Ltoskohten esvalstelut Ltosten esvalsteluun kuuluu ona er sekkoja, jotka tulee ustaa huolellsest. Ensnnäkn työkohteessa on ustettava varata rttävän suuret työskentelytlat ltoskohta asentaessa. Putken ypärllä tulee olla vähntään 0-30 c vapaa tla, rppuen tetyst johtokoosta, jotta asennustyö pystyttäsn tekeään kunnolla. Ennen teräsputken htsausta on putken päät puhdstettava huolellsest uretaansta sekä kakk ennakko-

19 8 asennukset, kuten jatkosholkt (toltaan ja tyypeltään okeat), tulee olla latettu pakolleen. Työskentelyolosuhteden täytyy yös olla kuvat: turhat vedet ja luet pos kavannosta. Ves- ta lusateen varalta on oleassa katos, jonka alla pystytään työskenteleään noraalst. Ennen työn alotusta on velä varstuttava stä, että työhän osallstuvlla on asanukaset luvat kunnossa. (Suoen kaukoläpö ry 003, 5.) 4. Asennuksen työjärjestys Kutsteltoksa tehtäessä, pos luken kutstettavat holkt, ensn suortetaan teräsputken htsaus ja tveyskokeet. Nden jälkeen ltoskohta erstetään ja sen jälkeen vasta kutsteet kutstetaan. Tällä suortusenetelällä ltoskohdat vodaan pettää nopeast het suojaputken sauauksen jälkeen ja nän vältytään putken ulkopnnan suuren pävä- ja yöakasen läpötlaeron aheuttalta rastukslta ta jopa ahdollslta vaurolta. Lsäks vaahdotustyön tuloksa on helpop tarkastella ennen kutstasta. Kutstettava holkkeja, ekaansa ltoksa ta htsausltoksa käytettäessä vaahdotus tehdään vasta suojaputksauauksen jälkeen. (Suoen kaukoläpö ry 003, 5.) 4.3 Kutsteltokset ja kutstettavat holkkltokset Knnvaahdotetun johdon jatkokset vodaan toteuttaa polyeteensen jatkosholkn ta peltjatkoksen avulla kutste- ja htsausltoksna ta ekaansna klauhvltoksna. Holkkjatkokset ja kutsteltokset sekä peltjatkokset ja kutsteltokset tehdään saualapulla. Holkkjatkokset valstetaan sähköhtsaaalla ja ltosrakenne vodaan yös tehdä klauhvjatkoksella. (Enerateollsuus ry 006, 4.) Kuva 8. Holkkjatkos ja kutsteltokset saualapulla. (Enerateollsuus ry 006, 4)

20 9 Holkkltosta käytettäessä on varstettava ehdottoast, että holkk on kesktetty oken ja tveys suojaputkeen nähden kunnossa. Apuna vodaan käyttää eserkks klalstaa ja vetolnoja. Lsäks tulee huooda, että kesktetyn holkn ja suojaputken välys e saa olla eleentn suojaputken anepaksuutta suurep. Vaahdotuksen, sauauksen ja koko ltoksen kokonasvaltasessa onnstusessa välyksen erktys on erttän suur. (Suoen kaukoläpö ry 003, 6) Jatkospelt tulee asentaa keskesest jatkoskohdan ypärlle ja se krstetään lnolla. Pelln ja eleentn suojaputken väln e saa häädä välystä. Pelln ptuussaua knntetään atalakantaslla ruuvella rttävän theäst. N 300 ja solla densolla ruuveja tulee lattaa kahteen rvn (Suoen kaukoläpö ry 003, 6). Pelln knntyksen jälkeen jatkokset tulee tvstää kutstella. Tvstys tehdään lättäällä kutstetta ja ltokseen annettavaa läpöäärää ohjataan lätysakaa säätäällä. Kutstustyötä e suostella tehtäväks alle -8 pakkaslla. (Suoen kaukoläpö ry 003, 7.) Kutstustyön jälkeen kutsteen pnnan tuls olla sleä. Hyvästä työtuloksesta kertoo yös pen ptuuslukua sekä se, että kutsteen pästä on kauttaaltaan pursunut ulos tvstysassaa. Tvstysassan tulee olla kauttaaltaan pehennyt, nkä saa selvlle eserkks sorella panelealla. Valn ltoksen on annettava jäähtyä kädenläpöseks ennen kun stä vodaan ekaansest rasttaa. Lopuks ltoskohdat tulee pettää ahdollsan nopeast ja suojata aurnonvalolta kaasukuplen uodostusen ehkäseseks. (Suoen kaukoläpö ry 003, 9.) Kutstettavaa jatkosholkka käytettäessä tulee suorttaa saat esvalstelut kun tavanoaslla kutsteltokslla. 4.4 Ltosten tarkastukset Kaukoläpöputkstojen rakennusvaheessa kakken ltosten tveys tuls testata lalla ta uulla sopvalla kaasulla, käl tää on van ahdollsta kyseessä olevalle rakenteelle. Mkäl ltoksen tveyttä e rakenteellssta systä pystytä panekokeella testaaaan (es. ns. peltltos), tulee tvys varstaa 00 %:st vsuaalsella tarkastuksella ja pstokoeasella rkkovalla koestuksella ltosateraaltottajen ohjeden

21 0 ukasest. (Enerateollsuus ry 006, 95.) Släääränen tarkastus tulee tehdä kaklle ltokslle. Ertysest on knntettävä huoota ltoksen alapuolen tarkastaseen. Apuna laadun tarkastasessa vodaan käyttää eserkks varspelä. Käytettäessä ltosratkasuna jatkospeltä ja leveää kutstetta on jälktarkkalun avulla varstettava, että kutsteen alle e jää ekä uodostu kaasua. Kaasua vo uodostua eserkks lan nopean vaahdotuksen jälkeen tapahtuvan kutstasen ta aurnon lättävän vakutuksen seurauksena. (Enerateollsuus ry 006, 96.) Tvyskoe yl-lanpaneella tulee suorttaa alle 40 º läpötlassa. Koepane rppuu ltostyypstä (noraalst 0, bar ylpane), ja se pdetään vähntään kaks nuutta. Vuodon toteaseen käytetään sopvaa vuodonlasunestettä. Ltokslle, joden tveyttä e voda panekokeen avulla varstaa, vodaan tehdä anetta rkkova koestus. On suosteltavaa tarkastaa tarttuvuus, tveys ja työn laatu pstokoeasest repällä ltoksa auk satunnasest. (Enerateollsuus ry 006, 96.) 4.5 Ltosten erstänen Jatkosersteenä ltoksssa käytetään polyuretaana, joka valstetaan työaalla erllsten vaahtopakkausten avulla ta konevaahdotuksena. Runkolnja N 500 ltoskohdat vaahdotettn konevaahdotuksen avulla pakallavaahdotuksena. On ahdollsta käyttää yös valta erstekouruja, utta se rajottuu lähnnä erkoskohtesn kuten penn rakennuskohtesn ja kuun teräsputkpntohn. Erstyksen valstuksessa työkohteella on otettava huooon uutaa erttän tärketä sekkoja erstystyön onnstusen takaaseks. Asennuspakan, ltospntojen ja raakaaneden läpötlat tulee ottaa huooon. Ennen jatkosten erstästä täytyy varstua stä, että putk on jatkoskohdassa puhdas ja eleentten erstepäät kuvat. Kakken vaahdon kanssa kosketuksn tulven pntojen tulee vaahdotettaessa olla vähntään +5, evätkä läpötlat saa ylttää 80. Kylän jatkoksen vaahdotus saattaa epäonnstua. Hyvän sekottusen ja vaahtoutusen kannalta optaalnen läpötla on yleensä Yl + 45 korkeassa läpötlossa tulee välttää uretaann annostelua suoraan teräsputken päälle. (Suoen kaukoläpö ry 003,.) Raaka-aneden sekottanen ptää tehdä huolellsest, jos e käytetä konevaahdotusta.

22 4.6 Erstysten tarkastukset Valn jatkoserstyksen laatua vodaan tarkastella pursesta vsuaalsest, pntaläpötlattaukslla ta tulppanäyttellä. Vsuaalnen tarkastus tehdään kakken pakallavaahdotusten onnstusesta lausreän pursesta. Hyvälaatuset purseet ovat yleensä erkk yös ltoskohdan täyttysestä kokonaan. Erstyskouruja käytettäessä on syytä ana varstua, että kourut sahataan tarkasta ltoskohdan ttojen ukaan. Läpökaerakuvaukslla ja pntaläpötlattaukslla on suosteltavaa tarkkalla ltostyön onnstusta pstokoeasest. Menetelä soveltuu yös kouruerstysten tarkastaseen. Tulppanäytteet on läpökaerakuvaukselle vahtoehtonen enettely ltoserstysten laadun tarkastaseen. Anetta rkkovat koestukset ovat läpökaerakuvausten ohella anoa tapa jatkosholkkeja vaahdotettaessa varstua stä, että erstys täyttää ltostlan kokonasuudessaan. 5 ASE N500: RUNKOLINJAN JATKOSTEN LÄMPÖHÄVIÖT Lappeenrannassa hyödynnetään kaukoläpöä laajalla ttakaavalla. Kaukoläpöverkoston ptuus on yhteensä non 30 k. Nykyään kaukoläpöä tuotetaan 970- luvulla valstuneessa Mertaneen aakaasuvoalatoksella Vosalen kaupunnosassa. Nyt valstella on Kaukaan Voan bovoalatos, jonka koekäytöt alkavat syksyllä 009. Lopullnen uuden voalatoksen lttänen kaukoläpöverkkoon tulee valks vuoden 009 akana. Kaupallseen käyttöön voalatoksen on tarkotus tulla vuoden 00 alusta. (Lappeenrannan Enera Oy, 8). Voalatokselta pystytään tuottaaan kaukoläpöä non 00 M teholla. Kaukoläpö ptää pystyä srtäään Kaukaan voalatokselta jakeluverkkoon, joten rakentella on uus N 500 runkolnja, joka on erktty alla olevaan kuvaan 9 punasella värllä. Kuvassa ustalla värllä on erktty jo oleassa olevat kaukoläpöjohdot.

23 Kuva 9. Lappeenrannan kaukoläpöverkosto sekä sen uus runkolnja.punasella värllä. 5. Läpökaerakuvaukset Läpökaerakuvausten avulla pyrttn tarkkaleaan ltoskohten laatua ja saaaan tetoa runkolnjan putkjatkosten läpöhävöstä. Jatkoksssa läpöhävöhn vakuttaa enten ltoskohdan erstystyön onnstunen. Kuvausten avulla pystytään ss tarkastaaan erstystyön laatua ja kuva tulktsealla saadaan selvlle putken suojakuorten pntaläpötlat, joden avulla saadaan läpöhävöt äärteltyä. Täten pystytään vertaleaan runkolnjan jatkosten läpöhävötä tehdasvalstesen johdon läpöhävöhn. N 500 runkolnjan läpökaerakuvaukset tehtn Fluke T9- läpökaeralla. Ltoskohta kuvattn yhteensä 0 kappaletta, 0 enopuolen ltosta ja 0 paluupuolen ltosta. Kuvaushetkellä ulkoläpötla ol non -4 º, paluuputken veden läpötla 5 º ja enoputken veden läpötla 9 º. Runkolnjan N 500 ptuus tulee oleaan rakennustyön jälkeen yhteensä non,5 k. Ltoskohten lukuääräks yhteensä runkolnjassa vodaan karkeast olettaa, 6 putkptuudella, non 00. Non 0 % otannalla vodaan saada jo suuntaa antava tetoja erstystyön onnstusesta ja ylesestä laadun tasosta. Ana tetyst ols parep, jos saatasn otantaa kasvatettua, utta nälläkn tutkukslla saadaan jonknlasta uutta tetoa ltoskohdsta uudessa runkolnjassa.

24 3 Kuvasta 0 nähdään erään paluupuolen johdon jatkoskohdan kuvatun osan läpötlajakaua putken suojakuoressa. Keltasella värllä kuvassa erktään kuunta läpötlaa, ja läpötlan laskessa vär uuttuu vhreän kautta snseks. Kuvasta vodaan havata läpötlan vahtelevan aksssaan non,5 º. Avan ltoksen keskellä on havattavssa kylep kohta jossa läpötla on 3 º (saa kun tehdasvalstesen johdon). Läpötla alkaa hean nousta kun ennään tehdasvalstesta johtoa koht. Läpllään suojakuoren pntaläpötla on non 4,5 º kuvatulla alueella. Kuvassa näkyvä aksläpötla 4, º on aksläpötla psteestä A psteeseen B prretyllä vvalla. Kuvasta e pystytä kunnolla havatseaan koko ltoskohdan läpötlajakauaa, utta kuvan alareunasta huoataan, että läpötla alkaa nousta yös entäessä toseen suuntaan putkea ptkn. Tulee kutenkn ustaa, että kuvsta vodaan päätellä läpötloja van suuntaa antavast. Mttausepätarkkuutta vo aheuttaa luhanen hejastaa läpötla ja kokeattoat kaeran käyttäjät. Kuva 0. Paluuputken läpökaerakuva osasta jatkoskohtaa. Kuvasta nähdään läpötlan jakaua kuvaajauodossa. Kuvaaja po pntaläpötlat kuvassa 0 olevasta valkosesta lneaarsesta vvasta, joka kulkee jatkoskohdan yl psteestä A psteeseen B johdon suuntasest.

25 4 Kuva. Suojakuoren pntaläpötlan jakaua paluuputken pnnalla psteen A ja B välllä. Kuvasta nähdään erään enopuolen johdon jatkoskohdan läpötlajaukaua putken yläpuolella suojakuoressa. Pntaläpötla vahtelee enopuolen jatkoskohdassa suurn prten saon kun paluupuolen kuvassa 0. Suojakuoren pntaläpötla on non puol astetta paluupuolen suojakuorta läpäp. Läpllään suojakuoren läpötla on non 4,5 º. Myös enoputkessa avan keskellä ltoskohtaa on vleä kohta, jonka olella puollla läpötla alkaa kasvaa johdon suuntasest.

26 5 Kuva. Menoputken läpökaerakuva osasta jatkoskohtaa. Kuvasta 3 nähdään pntaläpötlan jakaua kuvaajauodossa saanlalla kun kuvasta. Kuvaaja po pntaläpötlat kuvassa olevasta valkosesta lneaarsesta vvasta, joka kulkee jatkoskohdan yl psteestä A psteeseen B johdon suuntasest. Kuva 3. Suojakuoren pntaläpötlan jakaua enoputken pnnalla psteen A ja B välllä..

27 6 Läpökaerakuven perusteella vodaan tehdä läpöhävölaskelat runkolnjan ltoskohdlle olettaen ensn uutaa asota. Keskääräsest pntaläpötla nousee jatkoskohdssa non, º sekä eno- että paluupuolella, joten tehdään laskelat olettaen, että koko runkolnjan atkalla läpötla nouss kysesen, º. Kuvsta on erttän vakea tulkta kunka ptkä osuus jatkoskohdssa on juur, º korkeaassa läpötlassa. Mutta laskelat nolla oletusarvolla antavat jo suuntaa antavaa tetoa jatkosten vakutuksesta kokonasläpöhävöhn N 500 runkolnjassa. 5. Tehdasvalstesen putken läpöhävöt Taulukossa on annettu alkuarvot läpöhävölaskellle. Jotkut arvot evät ole juur Lappeenrannan olosuhteden ukasa, eserkks aan läönjohtavuus, vaan ne on oletettu eserkklaskelsta. Mutta nällä oletuksllakn saadaan selvlle tärken asa el tetoa jatkosten läpöhävöstä. Läpöhävöden ero tehdasvalstesessa ja jatkoskohdassa saadaan äärtettyä läpökaerakuvsta äärtettyjen pntaläpötlojen perusteella. Taulukko. Alkuarvot N 500 runkolnjalle (Enerateollsuus ry 006, 4) Syvyys aanpnnalta putken keskkohdalle H = Ersteen läönjohtavuus Maan läönjohtavuus λ λ = 0,09 =,3 Menoveden keskääränen läpötla Paluuveden keskääränen läpötla Maaperän keskääränen läpötla Ersteen ulkohalkasja T = 85 T p = 55 T = 5 = 696

28 7 Ersteen ssähalkasja el teräsputken ulkohalkasja Erstepaksuus Putken keskpsteden etäsyys tosstaan p = 508 = 94 e E = 0,7 Lasketaan ensn erstettyjen putken ersteen ja vapan läpövastus lasketaan yhtälöllä 3 R = πλ ln p = π 0, ln 508 =,78 Maanpnnan läpövastus uutetaan tavallsest ekvvalenttseks aakerrokseks, jollon korjatun putken sjantsyvyys saadaan yhtälöllä λ,3 ' H = H + = + =, 78 λ s 3 Maan läpövastus saadaan yhtälöllä 4 4H 4,78 R = ln = = ln 0, 33 π c π 0,696 c = Putken kesknäsen vakutuksen huoova läpövastus saadaan laskettua kaavalla 9

29 8 R H,78 = ln + = + = E ln 0, πλ 4π,3 0,7 Kokonasläpövastukseks tulee K K = R = 0,33 + R + R +,78 + 0,0869 = 0,536 ja kokonasläpöhävövrraks tehdasvalstesessa johdossa T ' Φ 'tot = ( K K ) 85 = 0,536 + Tp T = 66,768 Läpöhävöks saadaan,5 k ptusella runkolnjalla Φ = ,755 = 00, 3 k Hävöeneraks saadaan vuoden tarkastelujaksolla t = 8760 h / a h E t = Φ t = 00,3 k 8760 = 877 Mh/ a a

30 9 5.3 Jatkosten läpöhävöt Jatkosten aheuttaa läpöhävön lsäys saadaan laskealla läpöhävöt jatkoskohdssa avan saalla peraatteella kun tehdasvalstesessa putkessa. Läpökaerakuven perusteella jatkoskohdssa läpötla ol tetyssä kohdssa n., astetta suurep kun tehdasvalstesessa putkessa. Tää läpötlaero kertoo ersteellä olevan hean huonop erstävyyskyky kysesssä kohdssa. Läpötlaeron avulla pystytään äärttäään ersteelle uus läönjohtavuus λ. Ersteen läpövastus laskettn seuraavalla kaavalla R = πλ ln p (8) Kokonasläönsrtovrraks saatn ersteen uus läönjohtavuus. 66,755, jonka avulla pystytään äärttäään Läönsrron äärtelän ukaan (Incropera, ett 00, 9) Φ' = U ( T) Φ ' = λ ( T ) (9) Φ' = λ ( T) Kuvasta vodaan havata, että pntaläpötla on aksssaan 4,5 ja nssään 3,4. Lasketaan olella arvolla läpövrrat ' Φ = 0,09 (9 3,4) =,5694 /

31 30 ' Φ = 0,09 (9 4,5) =,5375 / Ja uudeks läönjohtavuudeks,5694 / = λ (9 4,5) λ = 0, Uudeks ersteen läönvastukseks saadaan R = πλ ln = π 0,09365 p 696 ln =, Kokonasläpövastukseks tulee K K = R = 0,33 + R + R +, ,0869 = 0,596 ja kokonasläpöhävövrraks

32 3 T T ' + p Φ 'tot = ( K K ) T = 0,596 5 = 67,50 Läpöhävöks saadaan,5 k ptusella runkolnjalla, jos suojaputken pntaläpötla kauttaaltaan on, korkeap Φ = ,50 = 0,3 k Hävöeneraks vuoden tarkastelujaksolla t = 8760 h / a h E t = Φ t = = 887,0 Mh / a a 5.4 Tulokset Taulukosta nähdään tehtyjen läpöhävölaskelen tulokset koottuna yhdestä jatkoskohdasta ja tehdasvalstesesta johdosta. Suojakuoren pntaläpötlojen erot tehdasvalstesen ja jatkoskohdan välllä oletettn, suuruseks, kä laskelen ukaan aheuttaa van penen eron,5 kloetrn ptusen runkojohdon läpöhävövrrassa ja kokonasläpöhävössä. Läpöhävöks uodostuu jatkoskohdassa 0,5 k, joka on van non k suurep kun tehdasvalstesen johdon läpöhävö. Tuloksssa ptää velä ottaa huooon oletus, että pntaläpötla on suurep koko johdon ptuudelta ekä van tetyssä kohdssa ltoskohta, kä penentää todellsta läpöhävötä koko runkolnjassa. Tulosten perusteella vodaan todeta jatkosten läpöhävöden vakutuksen olevan naalnen verrattuna runkolnjan kokonasläpöhävöhn. Tulokset kertovat erstystyön onnstuneen ernoasest.

33 3 Taulukko. Läpöhävöt jatkoskohdssa ja tehdasvalstesessa johdossa. Putktyypp Putkkoko suojakuoren pntaläpötla [ ] Lnjan ptuus [] Hävöläpövrta [/] Läpöhävö [k] Jatkos N 500 4, ,50 0,5 Tehdasvalstenen N 500 3, ,77 00,3 6 YHTEENVETO JA JOHTOPÄÄTÖKSET Tässä työssä tutkttn Lappeenrannan kaukoläpöverkoston uuden valstella olevan runkolnjan yksputkjohdon läpöhävötä ltos- el jatkoskohdssa. Jatkoskohten läpöhävöt saatn selvtettyä kuvaaalla ltoskohta läpökaeralla. Kuvsta saatn selvlle suojakuoren pntaläpötlat ja nden vahtelut jatkoskohdssa. Pntaläpötlojen perusteella pystyttn laskeaan jatkoskohten läpöhävöt, jota stten verrattn tehdasvalsteden johdon läpöhävöhn. Saatujen tulosten valossa vodaan sanoa, että kokonasuudessaan runkojohdon jatkosten vakutus kokonasläpöhävöhn on erttän pen, vakka pntaläpötlossa havattnkn eroavasuuksa jatkoskohdssa. Mutta kokonasuutta ajatellen uutokset ovat van erttän penllä aluella, joten kokonasvakutus on pen. Karkeast vodaan arvoda, että,5 k lnjassa yhteensä on non 00 ltoskohtaa, kun putket ovat etrn ttasa. Vakka oletettasn, että jokasessa ltoskohdassa läpötla ols yhden asteen suurep kun tehdasvalstesessa putkessa, nn kokonasuudessaan se vastaa van 60 etrn atkaa, ekä aheuta suura uutoksa runkojohdon kokonasläpöhävössä. Haastavana sekkana ensnnäkn on kuven tulknta. On elko vakeaa päätellä kuvsta tään selkeää lokkaa, jonka ukaan pntaläpötlat vahtelsvat er ltoskohdssa. Mutta kutenkn tehtyjen tutkusten ja päätelen ukaan erstystyö näyttää olevan onnstunut tutktussa ltoskohdssa ernoasest, ekä ssään kohdasta löytynyt huoonarvosa pntaläpötlapokkeavuuksa. Tetyst paras vahtoehto ols ollut kakken ltoskohten kuvaanen, nkä kautta oltas otantaa saatu suureaks sekä

34 33 tuloksa vareks. Kattavaan tutkuksen tekenen ols vaatnut eneän akaa ja kuvaukset olsvat tapahtuneet paljon pteällä akavälllä.

35 34 LÄHELUETTELO Enerateollsuus ry. Kaukoläön käskrja s.helsnk 006. ISBN Incropera Frank P, ett avd P. 00. Fundaentals of Heat and Mass Transfer. Vdes panos. 98 s. Lappeenrannan Enera Oy. Eläää & Eneraa /008, Lappeenrannan Enera Oy:n asakasleht. 9 s. Löstör Fnland Oy. Suunntteluohjeet 008. Kaukoläpöestteet. [PF-dokuentt]. 39 s. Saatavssa: Suoen kaukoläpö ry. Suostus L/003, Knnvaahdotettujen kaukoläpöjohtojen ltokset. Sky-kanso /. 34 s. ISSN